JP4175092B2 - 光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置 - Google Patents
光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板厚さが異なる複数種類の光記録媒体（光ディスク）に対して情報の記録または再生を行うことができる、複数の対物レンズを持つ光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−２４２９４３号公報
光学式情報記録再生装置における記録密度は、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットの直径の２乗に反比例する。すなわち、集光スポットの直径が小さいほど記録密度は高くなる。集光スポットの直径は、光源の波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。すなわち、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど集光スポットの直径は小さくなる。一方、光記録媒体（光ディスク）が対物レンズに対して傾斜すると、コマ収差により集光スポットの形状が乱れるため、記録再生特性が悪化する。コマ収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の３乗および光記録媒体の保護層の厚さに比例するため、光記録媒体の保護層の厚さが同じ場合、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンは狭くなる。
【０００３】
従って、記録密度を高めるために光源の波長を短くすると共に対物レンズの開口数を高くした光学式情報記録再生装置では、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンを確保するために、光記録媒体の保護層の厚さを薄くしている。例えば、容量６５０ＭＢのＣＤ（コンパクト・ディスク）規格では、光源の波長は７８０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．４５、光ディスクの保護層の厚さは１．２ｍｍであるが、容量４．７ＧＢのＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）規格では、光源の波長は６５０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．６、光ディスクの保護層の厚さは０．６ｍｍである。
【０００４】
通常の光ヘッド装置では、対物レンズが、ある保護層の厚さの光ディスクに対して球面収差を打ち消すように設計されているため、保護層の厚さの異なる光ディスクに対して記録や再生を行う場合、球面収差が残留し、正しく記録や再生を行うことができない。そこで、ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換機能を有する光ヘッド装置が提案されている。この種の光ヘッド装置は、単一の対物レンズを用いたものと、複数の対物レンズを用いたものとに分けられる。複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置は、単一の対物レンズを用いた光ヘッド装置に比べて、構成はやや複雑であるが、各々の対物レンズを各々の規格の光ディスクに対して最適に設計できるため、各々の規格の光ディスクに対する記録再生性能が優れている。
【０００５】
ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクの両方に対して記録や再生を行うことができる、複数の対物レンズを用いた従来の光ヘッド装置の例として、特開２０００−２４２９４３号公報（特許文献１）に記載された光ヘッド装置がある。この光ヘッド装置の構成を図１１に示す。
【０００６】
図１１に示すように、この従来の光ヘッド装置１０１は、第１光学系１０２ａと、第２光学系１０２ｂと、第１アクチュエータ１０４ａ上に搭載された対物レンズ１０３ａと、第２アクチュエータ１０４ｂ上に搭載された対物レンズ１０３ｂとを備えている。
【０００７】
第１光学系１０２ａおよび第２光学系１０２ｂは、光源である半導体レーザ（図示せず）と、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格の光ディスク１０５からの光を受光する光検出器（図示せず）を有している。第１光学系１０２ａ内の半導体レーザの出射光の波長は６５０ｎｍ、第２光学系１０２ｂ内の半導体レーザの出射光の波長は７８０ｎｍである。
【０００８】
第１光学系１０２ａ内の半導体レーザからの出射光は、第１対物レンズ１０３ａに入射し、保護層の厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格の光ディスク１０５上に集光される。光ディスク１０５からの反射光は、第１対物レンズ１０３ａを逆向きに透過して第１光学系１０２ａ内の光検出器で受光される。また、第２光学系１０２ｂ内の半導体レーザからの出射光は、第２対物レンズ１０３ｂに入射し、保護層の厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格の光ディスク１０５上に集光される。光ディスク１０５からの反射光は、第２対物レンズ１０３ｂを逆向きに透過して第２光学系１０２ｂ内の光検出器で受光される。
【０００９】
第１対物レンズ１０３ａは、波長６５０ｎｍの光が光ディスク１０５の厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。第２対物レンズ１０３ｂは、波長７８０ｎｍの光が光ディスク１０５の厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【００１０】
光ヘッド装置１０１は、互いに平行に配置された二本のレール１０６ａと１０６ｂに沿って、図１１の矢印の方向に、光ディスク１０５の最内周と最外周の間で移動せしめられる。
【００１１】
なお、図１１において、１３１ａは第１光学系１０２ａと第１対物レンズ１０３ａを結ぶ第１光経路であり、１３１ｂは第２光学系１０２ｂと第２対物レンズ１０３ｂを結ぶ第２光経路である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、記録密度をさらに高めるために、光源の波長をさらに短くし、対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体（光ディスク）の保護層の厚さをさらに薄くした次世代規格が提案されている。例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）という名称で、光源の波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数を０．８５、光ディスクの保護層（カバー層）の厚さを０．１ｍｍとした容量２３．３ＧＢの次世代規格が提案されている。そこで、このような次世代規格の光ディスクと、従来のＤＶＤ規格の光ディスクやＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換機能を有する光ヘッド装置が望まれる。しかし、次世代規格の光ディスクと従来のＤＶＤ規格の光ディスクやＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置は、発明者の調査した範囲では未だ提案されていない。
【００１３】
本発明は、このような要望に応えるためになされたものであり、その目的とするところは、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体だけでなく、青色光を用いる次世代規格の光記録媒体に対しても情報の記録や再生を行うことができる、複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供することにある。
【００１４】
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明および添付図面から明らかになる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明の光ヘッド装置は、
第１波長の光を出射する第１光源と、
前記第１波長に比べて長い第２波長の光を出射する第２光源と、
前記第２波長に比べて長い第３波長の光を出射する第３光源と、
前記第１光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第１対物レンズと、
前記第２光源からの出射光または前記第３光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第２対物レンズと、
前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、
前記光記録媒体の保護層が第１厚さを持つ場合は、前記第１光源と前記第１対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第２厚さを持つ場合は、前記第２光源と前記第２対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第３厚さを持つ場合は、前記第３光源と前記第２対物レンズを使用するように構成し、
前記光検出器は、前記光記録媒体の半径方向に平行な分割線および接線方向に平行な分割線で分割された複数の受光部を有していると共に、非点収差法によるフォーカス誤差信号の生成に用いられており、
前記第１波長、前記第２波長、前記第３波長をそれぞれλ１、λ２、λ３とし、前記第１波長の光に対する前記第１対物レンズの開口数、前記第２波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数、前記第３波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とするとき、λ１／ＮＡ１ 2 ＜λ２／ＮＡ２ 2 ＜λ３／ＮＡ３ 2 であり、
当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線および前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線が、前記光記録媒体の中心を通らないと共に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離が、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
（２） 本発明の光ヘッド装置では、前記光記録媒体の保護層が第１厚さを持つ場合は、前記第１光源と前記第１対物レンズを使用し、前記光記録媒体の保護層が第２厚さを持つ場合は、前記第２光源と前記第２対物レンズを使用し、前記光記録媒体の保護層が第３厚さを持つ場合は、前記第３光源と前記第２対物レンズを使用するように構成している。したがって、例えば、前記第１波長を次世代規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第２波長をＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第３波長をＣＤ規格の光記録媒体に対応した波長とすれば、これら３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００１７】
この場合、前記第１対物レンズを、前記第１波長の光が次世代規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計する。また、前記第２対物レンズを、前記第２波長の光がＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有すると共に、前記第３波長の光がＣＤ規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計する。こうすることにより、上述した３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能である。
また、当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線および前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線が、前記光記録媒体の中心を通らないと共に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離が、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定されているので、次世代規格における前記光記録媒体のトラックと前記光検出器の分割線の間の角度ずれ量は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格における前記光記録媒体のトラックと前記光検出器の分割線の間の角度ずれ量に比べて小さくなり、次世代規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットは、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットに比べて小さくなる。
さらに、前記光検出器が非点収差法によるフォーカス誤差信号の生成に用いられており、また、λ１／ＮＡ１ 2 ＜λ２／ＮＡ２ 2 ＜λ３／ＮＡ３ 2 という関係を満たしていることから、前記第１波長λ１の光と前記第１対物レンズを用いた光学系（次世代規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、前記第２波長λ２の光と前記第２対物レンズを用いた光学系（ＤＶＤ規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値、および前記第３波長λ３の光と前記第２対物レンズを用いた光学系（ＣＤ規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値に比べて、小さくなる。しかし、上述したように、当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離を、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定しているので、上記三つの光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセット許容値の大きさに対応して、前記第１波長λ１の光と前記第１対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量を、前記第２波長λ２の光と前記第２対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量、および前記第３波長λ３の光と前記第２対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量に比べて、小さくすることができる。
【００１９】
本発明の光ヘッド装置の他の好ましい例では、前記光記録媒体の保護層の前記第１厚さが前記第２厚さに比べて小さく、前記第２厚さが前記第３厚さに比べて小さくされる。
【００２０】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記第１対物レンズが、前記第１波長の光が前記第１厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計され、前記第２対物レンズが、前記第２波長の光が前記第２厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有すると共に、前記第３波長の光が前記第３厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計される。
【００２３】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記光記録媒体の最内周と最外周におけるトラックと前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線との間の角度ずれ量を、それぞれθｍｉｎ、θｍａｘとするとき、前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線が前記対物レンズの中心の軌跡と直交する方向に対して予め（θｍｉｎ＋θｍａｘ）／２だけ傾けられる。
【００２４】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源からの出射光の少なくとも一つを、０次光と＋１次回折光と−１次回折光に分割する回折光学素子をさらに備える。
【００２５】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記回折光学素子に形成された格子のパターンが、その入射光の光軸を通り前記光記録媒体の半径方向に平行な直線および接線方向に平行な直線で第１領域、第２領域、第３領域および第４領域に分割されており、前記第１領域および前記第４領域における格子の位相と前記第２領域および前記第３領域における格子の位相とが互いにπ／２だけずらされる。
【００２６】
（４） 本発明の光学式情報記録再生装置は、
上記（１）または（３）で述べた本発明の光ヘッド装置を備えてなることを特徴とするものである。
【００２７】
（５） 本発明の光学式情報記録再生装置では、上記（１）または（３）で述べた本発明の光ヘッド装置を備えているので、前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて情報の記録や再生を行うことにより、例えば、前記第１波長を次世代規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第２波長をＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第３波長をＣＤ規格の光記録媒体に対応した波長とすることにより、これら３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００２８】
（６） 本発明の光学式情報記録再生装置の好ましい例では、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源の少なくとも一つへの入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する記録再生回路と、前記入力信号を前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源に供給するための伝達経路を切り換える切換回路と、前記光記録媒体が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備える。
【００２９】
本発明の光学式情報記録再生装置の他の好ましい例では、前記第１光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第１記録再生回路と、前記第２光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第２記録再生回路と、前記第３光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第３記録再生回路と、前記第１記録再生回路、前記第２記録再生回路および前記第３記録再生回路を切り換える切換回路と、前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備える。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１の概略構成を図１に示す。
【００３２】
図１に示すように、この光ヘッド装置１は、第１光学系２ａと、第２光学系２ｂと、第１アクチュエータ４ａと、第２アクチュエータ４ｂと、第１アクチュエータ４ａに搭載された第１対物レンズ３ａと、第２アクチュエータ４ｂに搭載された第２対物レンズ３ｂとを備えて構成される。第１光学系２ａおよび第２光学系２ｂは、それぞれ、光源である半導体レーザと、次世代規格、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格の光ディスク５からの反射光を受光する光検出器を備えている。第１光学系２ａ内にある半導体レーザの出射光の波長は４０５ｎｍであり、第２光学系２ｂ内にある半導体レーザの出射光の波長は６５０ｎｍまたは７８０ｎｍである。光ヘッド装置１は、図１中に矢印で示すように、互いに平行に配置された２本のレール６ａとレール６ｂに沿って、光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する。
【００３３】
第１光学系２ａ内の半導体レーザからの出射光（波長４０５ｎｍ）は、第１光経路３１ａを通って第１対物レンズ３ａに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第１対物レンズ３ａを逆向きに透過し、第１光学系２ａ内の光検出器で受光される。
【００３４】
第２光学系２ｂ内の一方の半導体レーザからの出射光（波長６５０ｎｍ）は、第２光経路３１ｂを通って第２対物レンズ３ｂに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過し、第２光学系２ｂ内の光検出器で受光される。第２光学系２ｂ内の他方の半導体レーザからの出射光（波長７８０ｎｍ）は、第２光経路３１ｂを通って第２対物レンズ３ｂに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過し、第２光学系２ｂ内の光検出器で受光される。
【００３５】
第１対物レンズ３ａは、波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有しており、次世代規格の光ディスク用に最適化されている。これに対し、第２対物レンズ３ｂは、波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消す球面収差を有すると共に、波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消す球面収差を有している。すなわち、第２対物レンズ３ｂの球面収差は、波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消すと同時に、波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消すように設定されているのである。このように、第２対物レンズ３ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクのいずれにも最適化されていないが、その残留球面収差はＤＶＤ規格とＣＤ規格のいずれに対してもその許容範囲内に入っている。従って、第２対物レンズ３ｂを用いることにより、ＤＶＤ規格とＣＤ規格のいずれの光ディスクに対しても正常に情報の記録や再生が可能である。
【００３６】
第１光学系２ａの構成を図２に示す。半導体レーザ７ａからの波長４０５ｎｍの出射光は、回折光学素子８ａにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ａで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ａにＰ偏光として入射する。これらの光は、ほぼ１００％が偏光ビームスプリッタ１０ａを透過する。その後、１／４波長板１１ａを透過して直線偏光から円偏光に変換され、さらにリレーレンズ１２ａとリレーレンズ１２ｂを透過してから、第１対物レンズ３ａによって光ディスク５に照射される。
【００３７】
光ディスク５からの反射光（波長４０５ｎｍ）は、第１対物レンズ３ａを逆向きに透過した後、リレーレンズ１２ｂとリレーレンズ１２ａを逆向きに透過し、さらに１／４波長板１１ａを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ１０ａにＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、円筒レンズ１３ａとレンズ１４ａを透過してから光検出器１５ａで受光される。
【００３８】
第１光学系２ａの光検出器１５ａは、円筒レンズ１３ａとレンズ１４ａの２つの焦線の中間に設置されている。
【００３９】
一般に、光ディスクの保護層の厚さが設計値からずれると、保護層厚ずれに起因する球面収差によって光ディスク上の集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。この球面収差は光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）の４乗に比例するため、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対する光ディスクの保護層厚ずれのマージンは狭くなる。例えば、光源である半導体レーザ７ａの波長が４０５ｎｍ、対物レンズ３ａの開口数が０．８５の場合、保護層厚ずれのマージンは十分ではないため、光ディスク５の保護層厚ずれを補正することが必要である。リレーレンズ１２ａと１２ｂのいずれか一方を図示しないアクチュエータによりその光軸方向に移動させると、第１対物レンズ３ａにおける倍率が変化し、球面収差が変化する。そこで、リレーレンズ１２ａと１２ｂのいずれか一方の光軸方向の位置を調整して、光ディスク５の保護層厚ずれに起因する球面収差を相殺するような球面収差を第１対物レンズ３ａで発生させることにより、光ディスク５の保護層厚ずれが補正され、記録再生特性に対する悪影響をなくすことができる。
【００４０】
第２光学系２ｂの構成を図３に示す。半導体レーザ７ｂからの波長６５０ｎｍの出射光は、回折光学素子８ｂにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ｂで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ｂにＳ偏光として入射する。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｂでほぼ１００％が反射され、偏光ビームスプリッタ１０ｃをほぼ１００％が透過する。そして、１／４波長板１１ｂを透過して直線偏光から円偏光に変換されてから、第２対物レンズ３ｂによって光ディスク５に照射される。
【００４１】
光ディスク５からの反射光（波長６５０ｎｍ）は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過した後、１／４波長板１１ｂを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。この反射光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃをほぼ１００％が透過してから、偏光ビームスプリッタ１０ｂにＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、さらに円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂを透過してから光検出器１５ｂで受光される。
【００４２】
また、半導体レーザ７ｃからの波長７８０ｎｍの出射光は、回折光学素子８ｃにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ｃで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ｃにＳ偏光として入射する。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃでほぼ１００％が反射され、１／４波長板１１ｂを透過して直線偏光から円偏光に変換されてから、第２対物レンズ３ｂによって光ディスク５に照射される。
【００４３】
光ディスク５からの反射光（波長７８０ｎｍ）は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過した後、１／４波長板１１ｂを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。この反射光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃにＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過してから、偏光ビームスプリッタ１０ｂをほぼ１００％が透過し、さらに円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂを透過してから光検出器１５ｂで受光される。
【００４４】
第２光学系２ｂの光検出器１５ｂは、円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂの２つの焦線の中間に設置されている。
【００４５】
第１対物レンズ３ａと第２対物レンズ３ｂの構成を、図４（ａ）と（ｂ）にそれぞれ示す。第１対物レンズ３ａは、開口数が０．８５であり、図４（ａ）に示すように、第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂの２群２枚レンズで構成される。このような２群２枚レンズで構成される対物レンズの具体例としては、例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３６巻の第４５６頁〜第４５９頁（Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, pp. 456-459）に記載のものがある。
【００４６】
第１対物レンズ３ａは、単レンズで構成することもできる。このような単レンズで構成される対物レンズの具体例としては、インターナショナル・シンポジウム・オン・オプティカル・メモリー２００１のテクニカルダイジェストの第２６頁〜第２７頁（International Symposium on Optical Memory - 2001, Technical Digest, pp. 26-27）に記載のものがある。
【００４７】
第１対物レンズ３ａに入射した波長４０５ｎｍの光は、保護層の厚さ０．１ｍｍの次世代規格の光ディスク５ａ上に集光され、最適な光スポットが形成される。
【００４８】
第２対物レンズ３ｂは、波長６５０ｎｍの光に対する開口数が０．６、波長７８０ｎｍの光に対する開口数が０．４５であり、第１面に回折格子が形成された回折・屈折複合レンズで構成される。このような回折・屈折複合レンズで構成される対物レンズの具体例としては、オプティカル・デザイン・アンド・ファブリケーション２０００のプロシーディングズの第９３頁〜第９６頁（Optical Design and Fabrication 2000, Proceedings, pp. 93-96）に記載のものがある。
【００４９】
第２対物レンズ３ｂに入射した波長６５０ｎｍの光は、保護層の厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格の光ディスク５ｂ上に集光され、好適な光スポットが形成される。第２対物レンズ３ｂに入射した波長７８０ｎｍの光は、保護層の厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格の光ディスク５ｃ上に集光され、好適な光スポットが形成される。
【００５０】
第１対物レンズ３ａは、次世代規格の光ディスクに対して最適に設計されているため、記録再生のマージンが狭い次世代規格の光ディスクに対しても十分な記録再生性能が得られる。一方、第２対物レンズ３ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスクおよびＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても最適に設計されておらず、両方に対してバランス良く設計されているが、ＤＶＤ規格の光ディスクおよびＣＤ規格の光ディスクは記録再生のマージンが比較的広いため、これらに対しては十分な記録再生性能が得られる。
【００５１】
第１光学系２ａの光検出器１５ａの構成を図５（ａ）に示す。光検出器１５ａは、０次光用として、光ディスク５の半径方向に平行な分割線と光ディスク５の接線方向に平行な分割線とで４分割された受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを持つと共に、＋１次回折光用として光ディスク５の接線方向に平行な分割線で２分割された受光部１８ｅと１８ｆを持ち、−１次回折光用として光ディスク５の接線方向に平行な分割線で２分割された受光部１８ｇと１８ｈを持つ。
【００５２】
光ディスク５からの３つの反射光のうちの０次光は、４つの受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ上に光スポット１７ａを形成する。同反射光のうちの＋１次回折光は、２つの受光部１８ｅ、１８ｆ上に光スポット１７ｂを形成する。同反射光のうちの−１次回折光は、２つの受光部１８ｇ、１８ｈ上に光スポット１７ｃを形成する。
【００５３】
光検出器１５ａの８つの受光部１８ａ〜１８ｈから得られる電気信号出力を、それぞれＶ１８ａ〜Ｖ１８ｈで表わすと、フォーカス誤差信号は、公知の「非点収差法」により、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｄ）−（Ｖ１８ｂ＋Ｖ１８ｃ）の演算から得られる。トラック誤差信号は、公知の「差動プッシュプル法」により、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｂ）−（Ｖ１８ｃ＋Ｖ１８ｄ）−Ｋ［（Ｖ１８ｅ＋Ｖ１８ｇ）−（Ｖ１８ｆ＋Ｖ１８ｈ）］（Ｋは定数）の演算から得られる。光ディスク５からのＲＦ信号（データ信号）は、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｂ＋Ｖ１８ｃ＋Ｖ１８ｄ）の演算から得られる。
【００５４】
第２光学系２ｂの光検出器１５ｂの構成も、図５（ａ）に示すものと同じである。
【００５５】
光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際に、対物レンズ３ａまたは３ｂの中心の軌跡を含む直線が光ディスク５の中心Ｏを通らない場合、対物レンズ３ａまたは３ｂの中心が位置する光ディスク５の半径に応じて、光ディスク５のトラックと、光検出器１５ａ、１５ｂの分割線（光ディスク５の接線方向に平行な分割線）との間の角度が変化する。この角度が０°からずれると、「非点収差法」によるフォーカス誤差信号にオフセットが発生すると共に、「プッシュプル法」によるトラック誤差信号の変調度が低下する。
【００５６】
図６に、青色光を用いる次世代規格と、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の光ディスク５について、光ディスク５のトラックと光検出器１５ａ、１５ｂの分割線（光ディスク５の接線方向に平行な分割線）との間の角度ずれに伴う「非点収差法」によるフォーカス誤差信号のオフセットを、和信号で規格化して計算した結果を示す。また、図７に、これら３規格の光ディスク５について、この角度ずれに伴う「プッシュプル法」によるトラック誤差信号の変調度を、和信号で規格化して計算した結果を示す。
【００５７】
トラック誤差信号の変調度は、図７より分かるように、角度ずれ２０°程度までは低下しないのに対し、フォーカス誤差信号のオフセットは、図６より分かるように、角度ずれの増加に比例して増加する。次世代規格（青色）とＤＶＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットは、ＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの約４分の３である。しかし、フォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、一般に、光源の波長に比例し、対物レンズの開口数の２乗に反比例するため、次世代規格とＤＶＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、例えば、ＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの許容値のそれぞれ約１５％、約４７％である。従って、上記の角度ずれに伴って発生するフォーカス誤差信号のオフセットのその許容値に対する割合は、次世代規格が最も大きくなる。よって、次世代規格において上記の角度ずれ量を最も小さく抑える必要があることが分かる。
【００５８】
そこで、本実施形態においては、図１に示すように、光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際に、第１対物レンズ３ａの中心の軌跡を含む直線と光ディスク５の中心Ｏとの距離Ｌａが、第２対物レンズ３ｂの中心の軌跡を含む直線と光ディスク５の中心Ｏとの距離Ｌｂに比べて、短くされている。すなわち、Ｌａ＜Ｌｂに設定されている。その結果、次世代規格における光ディスク５のトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格における光ディスク５のトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量に比べて小さくなる。
【００５９】
この点を図８を用いて説明すると、次の通りである。図８は、対物レンズの中心と光ディスク５の中心Ｏの位置関係を示す。
【００６０】
図８に示すように、光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際の対物レンズの中心の軌跡を含む直線Ｌと、光ディスク５の中心との距離をＤとし、光ディスク５の最内周および最外周の半径をそれぞれＲmin、Ｒmaxとし、光ディスク５の最内周および最外周におけるトラックと光検出器１５ａの分割線（図５を参照）の間の角度ずれ量をそれぞれθmin、θmaxとすると、
ｓｉｎθmin＝Ｄ／Ｒmin、 ｓｉｎθmax＝Ｄ／Ｒmax
が成り立つ。このとき、光検出器１５ａの分割線を対物レンズの中心の軌跡（すなわち直線Ｌ）と直交する方向に対して予め
（θmin＋θmax）／２
だけ傾けておくことにより、光ディスク５の最内周と最外周におけるトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量を、いずれも
（θmax−θmin）／２
に低減することができる。これは、図５（ａ）に示す光検出器１５ａの構成を、図５（ｂ）に示す構成で置き換えることにより実現できる。
【００６１】
図５（ｂ）における光スポット１７ｄ、１７ｅ、１７ｆは、図５（ａ）における光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃにそれぞれ対応し、図５（ｂ）における受光部１８ｉ〜１８ｐは、図５（ａ）における受光部１８ａ〜１８ｈにそれぞれ対応する。図５（ｂ）に示す構成は、図５（ａ）に示す構成において、光ディスク５の半径方向と接線方向に平行な２本の分割線を、対物レンズの中心の軌跡（すなわち直線Ｌ）と直交する方向に対して
（θmin＋θmax）／２
だけ傾斜させた点を除き、同じである。
【００６２】
光検出器１５ｂについても同様に、図５（ｂ）に示す構成に置き換えればよい。
【００６３】
本実施形態の光ヘッド装置１では、光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際の対物レンズ３ａ、３ｂの中心の軌跡を含む直線Ｌが、光ディスク５の中心を通らないので、対物レンズ３ａ、３ｂの中心が位置する光ディスク５の半径に応じて、光ディスク５のトラックと光ディスク５上の集光スポットの列の間の角度が変化する。このため、第１光学系２ａの回折光学素子８ａとして、単純格子のパターンが形成された回折光学素子を用いると、メインビームである０次光によるプッシュプル信号とサブビームである±１次回折光によるプッシュプル信号の間の位相が変化し、その結果、「差動プッシュプル法」によるトラック誤差信号の振幅が変化する難点がある。これは、光ディスク５のトラックと光ディスク５上の集光スポットの列の間の角度に応じて、プッシュプル信号の間の位相を補償するようにすれば、回避可能である。しかし、より簡易な方法でこれを避けるには、回折光学素子８ａとして、図９に示す格子パターンが形成された回折光学素子を用いるのが好ましい。
【００６４】
図９の回折格子パターンは、入射光の光軸を通り光ディスク５の半径方向に平行な直線および光ディスク５の接線方向に平行な直線で、４つの領域１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに分割されている。領域１９ａと１９ｄにおける格子の位相と、領域１９ｂと１９ｃにおける格子の位相は、互いにπ／２だけずれている。すなわち、領域１９ａにおける格子の位相は、領域１９ｂにおける格子の位相に対してπ／２だけずれており、領域１９ｃにおける格子の位相に対してもπ／２だけずれている。領域１９ｄにおける格子の位相は、領域１９ｂにおける格子の位相に対してπ／２だけずれており、領域１９ｃにおける格子の位相に対してもπ／２だけずれている。
【００６５】
図９に示すような回折格子パターンを用いると、サブビームである回折光学素子８ａからの±１次回折光によるプッシュプル信号の振幅が常に０となるため、「差動プッシュプル法」によるトラック誤差信号の振幅が変化しなくなる。その理由は、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３８巻、第１７６１頁〜第１７６７頁（Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, pp. 1761-1767）に記載されている通りである。
【００６６】
同様に、第２光学系２ｂの回折光学素子８ｂ、８ｃとしても、図９に示す格子パターンが形成された回折光学素子を用いることができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１では、第１対物レンズ３ａおよび第１光学系２ａと、第２対物レンズ３ｂおよび第２光学系２ｂを設けている。そして、光ディスク５の保護層が次世代規格に対応する第１厚さ（０．１ｍｍ）を持つ場合は、第１光学系２ａの半導体レーザ（第１光源）７ａと第１対物レンズ３ａを使用し、光ディスク５の保護層がＤＶＤ規格に対応する第２厚さ（０．６ｍｍ）を持つ場合は、第２光学系２ｂの半導体レーザ（第２光源）７ｂと第２対物レンズ３ｂを使用し、光ディスク５の保護層がＣＤ規格に対応する第３厚さ（１．２ｍｍ）を持つ場合は、第２光学系２ｂの半導体レーザ（第３光源）７ｃと第２対物レンズ３ｂを使用するように構成している。さらに、半導体レーザ７ａの出射光の波長を次世代規格に対応した４０５ｎｍとし、半導体レーザ７ｂの出射光の波長をＤＶＤ規格に対応した６５０ｎｍとし、半導体レーザ７ｃの出射光の波長をＣＤ規格に対応した７８０ｎｍとしている。このため、これら３種の規格の光ディスクのいずれに対しても、情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００６８】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態の光学式情報記録再生装置の概略構成を示す。
【００６９】
この光学式情報記録再生装置は、上述した第１実施形態の光ヘッド装置１に対して、第１記録再生回路２２ａと第２記録再生回路２２ｂと第３記録再生回路２２ｃ、並びに切換回路２１と制御回路２０を付加して構成されている。
【００７０】
第１記録再生回路２２ａは、次世代規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第１光学系２ａに備えられた半導体レーザ７ａへの入力信号を生成する。そして、第１光学系２ａに備えられた光検出器１５ａからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７１】
第２記録再生回路２２ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第２光学系２ｂに備えられた半導体レーザ７ｂへの入力信号を生成する。そして、第２光学系２ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７２】
第３記録再生回路２２ｃは、ＣＤ規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第２光学系２ｂに備えられた半導体レーザ７ｃへの入力信号を生成する。そして、第２光学系２ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７３】
切換回路２１は、第１記録再生回路２２ａから第１光学系２ａの半導体レーザ７ａへの入力信号の伝達経路と、第２記録再生回路２２ｂから第２光学系２ｂの半導体レーザ７ｂへの入力信号の伝達経路と、第３記録再生回路２２ｃから第２光学系２ｂの半導体レーザ７ｃへの入力信号の伝達経路とを必要に応じて切り換える。また、第１光学系２ａの光検出器１５ａから第１記録再生回路２２ａへの出力信号の伝達経路と、第２光学系２ｂの光検出器１５ｂから第２記録再生回路２２ｂへの出力信号の伝達経路と、第２光学系２ｂの光検出器１５ｂから第３記録再生回路２２ｃへの出力信号の伝達経路とを切り換える。
【００７４】
制御回路２０は、切換回路２１の動作を以下のように制御する。すなわち、この光学式情報記録再生装置に次世代規格の光ディスク５が挿入された場合は、それを検知して、入力信号が第１記録再生回路２２ａから半導体レーザ７ａへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ａから第１記録再生回路２２ａへ伝達される。ＤＶＤ規格の光ディスク５が挿入された場合は、入力信号が第２記録再生回路２２ｂから半導体レーザ７ｂへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ｂから第２記録再生回路２２ｂへ伝達される。ＣＤ規格の光ディスク５が挿入された場合は、入力信号が第３記録再生回路２２ｃから半導体レーザ７ｃへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ｂから第３記録再生回路２２ｃへ伝達される。
【００７５】
以上説明したように、本発明の第２実施形態の光学式情報記録再生装置は、上述した本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１を備えていて、挿入された光ディスク５の種類に応じて光学系と記録再生回路を切り換えて使用するようになっているので、次世代規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のいずれに対応する光ディスク５に対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００７６】
（変形例）
上記の実施形態は、本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、次世代規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格の３つに対して対応できるようにしているが、これら以外の規格にも対応することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置によれば、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体だけでなく、青色光を用いる次世代規格の光記録媒体に対しても情報の記録や再生を行うことができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の一実施形態の概略構成を示す平面説明図である。
【図２】図１の光ヘッド装置に用いる第１光学系（波長４０５ｎｍ）の構成を示す説明図である。
【図３】図１の光ヘッド装置に用いる第２光学系（波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍ）の構成を示す説明図である。
【図４】（ａ）は図１の光ヘッド装置の第１光学系に用いる対物レンズの構成を示す説明図、（ｂ）は同光ヘッド装置の第２光学系に用いる対物レンズの構成を示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は図１の光ヘッド装置に用いる光検出器の構成と光スポットを示す説明図である。
【図６】図１の光ヘッド装置における、光ディスクのトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれと、それに伴うフォーカス誤差信号（非点収差信号）のオフセット（計算値）との関係を示すグラフである。
【図７】図１の光ヘッド装置における、光ディスクのトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれと、それに伴うトラック誤差信号（プッシュプル信号）の変調度（計算値）との関係を示すグラフである。
【図８】図１の光ヘッド装置における、対物レンズの中心と光ディスクの中心の位置関係を示す説明図である。
【図９】図１の光ヘッド装置に用いる回折光学素子の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の光学式情報記録再生装置の一実施形態の概略構成を示す平面説明図である。
【図１１】従来の光ヘッド装置の概略構成を示す平面説明図である。
【符号の説明】
１ 光ヘッド装置
２ａ 第１光学系
２ｂ 第２光学系
３ａ 第１対物レンズ
３ｂ 第２対物レンズ
４ａ 第１アクチュエータ
４ｂ 第２アクチュエータ
５ 光ディスク
５ａ 光ディスク（次世代規格）
５ｂ 光ディスク（ＤＶＤ規格）
５ｃ 光ディスク（ＣＤ規格）
６ａ、６ｂ レール
７ａ、７ｂ、７ｃ 半導体レーザ
８ａ、８ｂ、８ｃ 回折光学素子
９ａ、９ｂ、９ｃ コリメータレンズ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 偏光ビームスプリッタ
１１ａ、１１ｂ １／４波長板
１２ａ、１２ｂ リレーレンズ
１３ａ、１３ｂ 円筒レンズ
１４ａ、１４ｂ レンズ
１５ａ、１５ｂ 光検出器
１６ａ 第１対物レンズを構成する第１レンズ
１６ｂ 第１対物レンズを構成する第２レンズ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ 光スポット
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ 受光部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 回折光学素子の領域
２０ 制御回路
２１ 切換回路
２２ａ 第１記録再生回路
２２ｂ 第２記録再生回路
２２ｃ 第３記録再生回路
３１ａ 第１光経路
３１ｂ 第２光経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板厚さが異なる複数種類の光記録媒体（光ディスク）に対して情報の記録または再生を行うことができる、複数の対物レンズを持つ光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−２４２９４３号公報
光学式情報記録再生装置における記録密度は、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットの直径の２乗に反比例する。すなわち、集光スポットの直径が小さいほど記録密度は高くなる。集光スポットの直径は、光源の波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。すなわち、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど集光スポットの直径は小さくなる。一方、光記録媒体（光ディスク）が対物レンズに対して傾斜すると、コマ収差により集光スポットの形状が乱れるため、記録再生特性が悪化する。コマ収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の３乗および光記録媒体の保護層の厚さに比例するため、光記録媒体の保護層の厚さが同じ場合、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンは狭くなる。
【０００３】
従って、記録密度を高めるために光源の波長を短くすると共に対物レンズの開口数を高くした光学式情報記録再生装置では、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンを確保するために、光記録媒体の保護層の厚さを薄くしている。例えば、容量６５０ＭＢのＣＤ（コンパクト・ディスク）規格では、光源の波長は７８０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．４５、光ディスクの保護層の厚さは１．２ｍｍであるが、容量４．７ＧＢのＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）規格では、光源の波長は６５０ｎｍ、対物レンズの開口数は０．６、光ディスクの保護層の厚さは０．６ｍｍである。
【０００４】
通常の光ヘッド装置では、対物レンズが、ある保護層の厚さの光ディスクに対して球面収差を打ち消すように設計されているため、保護層の厚さの異なる光ディスクに対して記録や再生を行う場合、球面収差が残留し、正しく記録や再生を行うことができない。そこで、ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換機能を有する光ヘッド装置が提案されている。この種の光ヘッド装置は、単一の対物レンズを用いたものと、複数の対物レンズを用いたものとに分けられる。複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置は、単一の対物レンズを用いた光ヘッド装置に比べて、構成はやや複雑であるが、各々の対物レンズを各々の規格の光ディスクに対して最適に設計できるため、各々の規格の光ディスクに対する記録再生性能が優れている。
【０００５】
ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクの両方に対して記録や再生を行うことができる、複数の対物レンズを用いた従来の光ヘッド装置の例として、特開２０００−２４２９４３号公報（特許文献１）に記載された光ヘッド装置がある。この光ヘッド装置の構成を図１１に示す。
【０００６】
図１１に示すように、この従来の光ヘッド装置１０１は、第１光学系１０２ａと、第２光学系１０２ｂと、第１アクチュエータ１０４ａ上に搭載された対物レンズ１０３ａと、第２アクチュエータ１０４ｂ上に搭載された対物レンズ１０３ｂとを備えている。
【０００７】
第１光学系１０２ａおよび第２光学系１０２ｂは、光源である半導体レーザ（図示せず）と、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格の光ディスク１０５からの光を受光する光検出器（図示せず）を有している。第１光学系１０２ａ内の半導体レーザの出射光の波長は６５０ｎｍ、第２光学系１０２ｂ内の半導体レーザの出射光の波長は７８０ｎｍである。
【０００８】
第１光学系１０２ａ内の半導体レーザからの出射光は、第１対物レンズ１０３ａに入射し、保護層の厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格の光ディスク１０５上に集光される。光ディスク１０５からの反射光は、第１対物レンズ１０３ａを逆向きに透過して第１光学系１０２ａ内の光検出器で受光される。また、第２光学系１０２ｂ内の半導体レーザからの出射光は、第２対物レンズ１０３ｂに入射し、保護層の厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格の光ディスク１０５上に集光される。光ディスク１０５からの反射光は、第２対物レンズ１０３ｂを逆向きに透過して第２光学系１０２ｂ内の光検出器で受光される。
【０００９】
第１対物レンズ１０３ａは、波長６５０ｎｍの光が光ディスク１０５の厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。第２対物レンズ１０３ｂは、波長７８０ｎｍの光が光ディスク１０５の厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有する。
【００１０】
光ヘッド装置１０１は、互いに平行に配置された二本のレール１０６ａと１０６ｂに沿って、図１１の矢印の方向に、光ディスク１０５の最内周と最外周の間で移動せしめられる。
【００１１】
なお、図１１において、１３１ａは第１光学系１０２ａと第１対物レンズ１０３ａを結ぶ第１光経路であり、１３１ｂは第２光学系１０２ｂと第２対物レンズ１０３ｂを結ぶ第２光経路である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、記録密度をさらに高めるために、光源の波長をさらに短くし、対物レンズの開口数をさらに高くし、光記録媒体（光ディスク）の保護層の厚さをさらに薄くした次世代規格が提案されている。例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）という名称で、光源の波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数を０．８５、光ディスクの保護層（カバー層）の厚さを０．１ｍｍとした容量２３．３ＧＢの次世代規格が提案されている。そこで、このような次世代規格の光ディスクと、従来のＤＶＤ規格の光ディスクやＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる互換機能を有する光ヘッド装置が望まれる。しかし、次世代規格の光ディスクと従来のＤＶＤ規格の光ディスクやＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても記録や再生を行うことができる複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置は、発明者の調査した範囲では未だ提案されていない。
【００１３】
本発明は、このような要望に応えるためになされたものであり、その目的とするところは、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体だけでなく、青色光を用いる次世代規格の光記録媒体に対しても情報の記録や再生を行うことができる、複数の対物レンズを用いた光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供することにある。
【００１４】
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明および添付図面から明らかになる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明の光ヘッド装置は、
第１波長の光を出射する第１光源と、
前記第１波長に比べて長い第２波長の光を出射する第２光源と、
前記第２波長に比べて長い第３波長の光を出射する第３光源と、
前記第１光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第１対物レンズと、
前記第２光源からの出射光または前記第３光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第２対物レンズと、
前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、
前記光記録媒体の保護層が第１厚さを持つ場合は、前記第１光源と前記第１対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第２厚さを持つ場合は、前記第２光源と前記第２対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第３厚さを持つ場合は、前記第３光源と前記第２対物レンズを使用するように構成し、
前記光検出器は、前記光記録媒体の半径方向に平行な分割線および接線方向に平行な分割線で分割された複数の受光部を有していると共に、非点収差法によるフォーカス誤差信号の生成に用いられており、
前記第１波長、前記第２波長、前記第３波長をそれぞれλ１、λ２、λ３とし、前記第１波長の光に対する前記第１対物レンズの開口数、前記第２波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数、前記第３波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とするとき、λ１／ＮＡ１ 2 ＜λ２／ＮＡ２ 2 ＜λ３／ＮＡ３ 2 であり、
当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線および前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線が、前記光記録媒体の中心を通らないと共に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離が、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定されていることを特徴とするものである。
【００１６】
（２） 本発明の光ヘッド装置では、前記光記録媒体の保護層が第１厚さを持つ場合は、前記第１光源と前記第１対物レンズを使用し、前記光記録媒体の保護層が第２厚さを持つ場合は、前記第２光源と前記第２対物レンズを使用し、前記光記録媒体の保護層が第３厚さを持つ場合は、前記第３光源と前記第２対物レンズを使用するように構成している。したがって、例えば、前記第１波長を次世代規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第２波長をＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第３波長をＣＤ規格の光記録媒体に対応した波長とすれば、これら３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００１７】
この場合、前記第１対物レンズを、前記第１波長の光が次世代規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計する。また、前記第２対物レンズを、前記第２波長の光がＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有すると共に、前記第３波長の光がＣＤ規格の光記録媒体に対応した厚さの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計する。こうすることにより、上述した３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能である。
また、当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線および前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線が、前記光記録媒体の中心を通らないと共に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離が、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定されているので、次世代規格における前記光記録媒体のトラックと前記光検出器の分割線の間の角度ずれ量は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格における前記光記録媒体のトラックと前記光検出器の分割線の間の角度ずれ量に比べて小さくなり、次世代規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットは、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットに比べて小さくなる。
さらに、前記光検出器が非点収差法によるフォーカス誤差信号の生成に用いられており、また、λ１／ＮＡ１ 2 ＜λ２／ＮＡ２ 2 ＜λ３／ＮＡ３ 2 という関係を満たしていることから、前記第１波長λ１の光と前記第１対物レンズを用いた光学系（次世代規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、前記第２波長λ２の光と前記第２対物レンズを用いた光学系（ＤＶＤ規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値、および前記第３波長λ３の光と前記第２対物レンズを用いた光学系（ＣＤ規格用）に対するフォーカス誤差信号のオフセットの許容値に比べて、小さくなる。しかし、上述したように、当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離を、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定しているので、上記三つの光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセット許容値の大きさに対応して、前記第１波長λ１の光と前記第１対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量を、前記第２波長λ２の光と前記第２対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量、および前記第３波長λ３の光と前記第２対物レンズを用いた光学系におけるフォーカス誤差信号のオフセットの発生量に比べて、小さくすることができる。
【００１９】
本発明の光ヘッド装置の他の好ましい例では、前記光記録媒体の保護層の前記第１厚さが前記第２厚さに比べて小さく、前記第２厚さが前記第３厚さに比べて小さくされる。
【００２０】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記第１対物レンズが、前記第１波長の光が前記第１厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計され、前記第２対物レンズが、前記第２波長の光が前記第２厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有すると共に、前記第３波長の光が前記第３厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計される。
【００２３】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記光記録媒体の最内周と最外周におけるトラックと前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線との間の角度ずれ量を、それぞれθｍｉｎ、θｍａｘとするとき、前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線が前記対物レンズの中心の軌跡と直交する方向に対して予め（θｍｉｎ＋θｍａｘ）／２だけ傾けられる。
【００２４】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源からの出射光の少なくとも一つを、０次光と＋１次回折光と−１次回折光に分割する回折光学素子をさらに備える。
【００２５】
本発明の光ヘッド装置のさらに他の好ましい例では、前記回折光学素子に形成された格子のパターンが、その入射光の光軸を通り前記光記録媒体の半径方向に平行な直線および接線方向に平行な直線で第１領域、第２領域、第３領域および第４領域に分割されており、前記第１領域および前記第４領域における格子の位相と前記第２領域および前記第３領域における格子の位相とが互いにπ／２だけずらされる。
【００２６】
（４） 本発明の光学式情報記録再生装置は、
上記（１）または（３）で述べた本発明の光ヘッド装置を備えてなることを特徴とするものである。
【００２７】
（５） 本発明の光学式情報記録再生装置では、上記（１）または（３）で述べた本発明の光ヘッド装置を備えているので、前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて情報の記録や再生を行うことにより、例えば、前記第１波長を次世代規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第２波長をＤＶＤ規格の光記録媒体に対応した波長とし、前記第３波長をＣＤ規格の光記録媒体に対応した波長とすることにより、これら３種の光記録媒体のいずれに対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００２８】
（６） 本発明の光学式情報記録再生装置の好ましい例では、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源の少なくとも一つへの入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する記録再生回路と、前記入力信号を前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源に供給するための伝達経路を切り換える切換回路と、前記光記録媒体が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備える。
【００２９】
本発明の光学式情報記録再生装置の他の好ましい例では、前記第１光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第１記録再生回路と、前記第２光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第２記録再生回路と、前記第３光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第３記録再生回路と、前記第１記録再生回路、前記第２記録再生回路および前記第３記録再生回路を切り換える切換回路と、前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備える。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１の概略構成を図１に示す。
【００３２】
図１に示すように、この光ヘッド装置１は、第１光学系２ａと、第２光学系２ｂと、第１アクチュエータ４ａと、第２アクチュエータ４ｂと、第１アクチュエータ４ａに搭載された第１対物レンズ３ａと、第２アクチュエータ４ｂに搭載された第２対物レンズ３ｂとを備えて構成される。第１光学系２ａおよび第２光学系２ｂは、それぞれ、光源である半導体レーザと、次世代規格、ＤＶＤ規格またはＣＤ規格の光ディスク５からの反射光を受光する光検出器を備えている。第１光学系２ａ内にある半導体レーザの出射光の波長は４０５ｎｍであり、第２光学系２ｂ内にある半導体レーザの出射光の波長は６５０ｎｍまたは７８０ｎｍである。光ヘッド装置１は、図１中に矢印で示すように、互いに平行に配置された２本のレール６ａとレール６ｂに沿って、光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する。
【００３３】
第１光学系２ａ内の半導体レーザからの出射光（波長４０５ｎｍ）は、第１光経路３１ａを通って第１対物レンズ３ａに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第１対物レンズ３ａを逆向きに透過し、第１光学系２ａ内の光検出器で受光される。
【００３４】
第２光学系２ｂ内の一方の半導体レーザからの出射光（波長６５０ｎｍ）は、第２光経路３１ｂを通って第２対物レンズ３ｂに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過し、第２光学系２ｂ内の光検出器で受光される。第２光学系２ｂ内の他方の半導体レーザからの出射光（波長７８０ｎｍ）は、第２光経路３１ｂを通って第２対物レンズ３ｂに入射し、光ディスク５上に集光される。光ディスク５からの反射光は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過し、第２光学系２ｂ内の光検出器で受光される。
【００３５】
第１対物レンズ３ａは、波長４０５ｎｍの光が厚さ０．１ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有しており、次世代規格の光ディスク用に最適化されている。これに対し、第２対物レンズ３ｂは、波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消す球面収差を有すると共に、波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消す球面収差を有している。すなわち、第２対物レンズ３ｂの球面収差は、波長６５０ｎｍの光が厚さ０．６ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消すと同時に、波長７８０ｎｍの光が厚さ１．２ｍｍの保護層を透過する際に生じる球面収差をほぼ打ち消すように設定されているのである。このように、第２対物レンズ３ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスクとＣＤ規格の光ディスクのいずれにも最適化されていないが、その残留球面収差はＤＶＤ規格とＣＤ規格のいずれに対してもその許容範囲内に入っている。従って、第２対物レンズ３ｂを用いることにより、ＤＶＤ規格とＣＤ規格のいずれの光ディスクに対しても正常に情報の記録や再生が可能である。
【００３６】
第１光学系２ａの構成を図２に示す。半導体レーザ７ａからの波長４０５ｎｍの出射光は、回折光学素子８ａにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ａで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ａにＰ偏光として入射する。これらの光は、ほぼ１００％が偏光ビームスプリッタ１０ａを透過する。その後、１／４波長板１１ａを透過して直線偏光から円偏光に変換され、さらにリレーレンズ１２ａとリレーレンズ１２ｂを透過してから、第１対物レンズ３ａによって光ディスク５に照射される。
【００３７】
光ディスク５からの反射光（波長４０５ｎｍ）は、第１対物レンズ３ａを逆向きに透過した後、リレーレンズ１２ｂとリレーレンズ１２ａを逆向きに透過し、さらに１／４波長板１１ａを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ１０ａにＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、円筒レンズ１３ａとレンズ１４ａを透過してから光検出器１５ａで受光される。
【００３８】
第１光学系２ａの光検出器１５ａは、円筒レンズ１３ａとレンズ１４ａの２つの焦線の中間に設置されている。
【００３９】
一般に、光ディスクの保護層の厚さが設計値からずれると、保護層厚ずれに起因する球面収差によって光ディスク上の集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。この球面収差は光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）の４乗に比例するため、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど記録再生特性に対する光ディスクの保護層厚ずれのマージンは狭くなる。例えば、光源である半導体レーザ７ａの波長が４０５ｎｍ、対物レンズ３ａの開口数が０．８５の場合、保護層厚ずれのマージンは十分ではないため、光ディスク５の保護層厚ずれを補正することが必要である。リレーレンズ１２ａと１２ｂのいずれか一方を図示しないアクチュエータによりその光軸方向に移動させると、第１対物レンズ３ａにおける倍率が変化し、球面収差が変化する。そこで、リレーレンズ１２ａと１２ｂのいずれか一方の光軸方向の位置を調整して、光ディスク５の保護層厚ずれに起因する球面収差を相殺するような球面収差を第１対物レンズ３ａで発生させることにより、光ディスク５の保護層厚ずれが補正され、記録再生特性に対する悪影響をなくすことができる。
【００４０】
第２光学系２ｂの構成を図３に示す。半導体レーザ７ｂからの波長６５０ｎｍの出射光は、回折光学素子８ｂにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ｂで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ｂにＳ偏光として入射する。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｂでほぼ１００％が反射され、偏光ビームスプリッタ１０ｃをほぼ１００％が透過する。そして、１／４波長板１１ｂを透過して直線偏光から円偏光に変換されてから、第２対物レンズ３ｂによって光ディスク５に照射される。
【００４１】
光ディスク５からの反射光（波長６５０ｎｍ）は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過した後、１／４波長板１１ｂを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。この反射光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃをほぼ１００％が透過してから、偏光ビームスプリッタ１０ｂにＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、さらに円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂを透過してから光検出器１５ｂで受光される。
【００４２】
また、半導体レーザ７ｃからの波長７８０ｎｍの出射光は、回折光学素子８ｃにより０次光と±１次回折光の３つの光に分割される。これら３つの光は、コリメータレンズ９ｃで平行光化されてから、偏光ビームスプリッタ１０ｃにＳ偏光として入射する。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃでほぼ１００％が反射され、１／４波長板１１ｂを透過して直線偏光から円偏光に変換されてから、第２対物レンズ３ｂによって光ディスク５に照射される。
【００４３】
光ディスク５からの反射光（波長７８０ｎｍ）は、第２対物レンズ３ｂを逆向きに透過した後、１／４波長板１１ｂを透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。この反射光は、偏光ビームスプリッタ１０ｃにＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過してから、偏光ビームスプリッタ１０ｂをほぼ１００％が透過し、さらに円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂを透過してから光検出器１５ｂで受光される。
【００４４】
第２光学系２ｂの光検出器１５ｂは、円筒レンズ１３ｂとレンズ１４ｂの２つの焦線の中間に設置されている。
【００４５】
第１対物レンズ３ａと第２対物レンズ３ｂの構成を、図４（ａ）と（ｂ）にそれぞれ示す。第１対物レンズ３ａは、開口数が０．８５であり、図４（ａ）に示すように、第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂの２群２枚レンズで構成される。このような２群２枚レンズで構成される対物レンズの具体例としては、例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３６巻の第４５６頁〜第４５９頁（Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, pp. 456-459）に記載のものがある。
【００４６】
第１対物レンズ３ａは、単レンズで構成することもできる。このような単レンズで構成される対物レンズの具体例としては、インターナショナル・シンポジウム・オン・オプティカル・メモリー２００１のテクニカルダイジェストの第２６頁〜第２７頁（International Symposium on Optical Memory - 2001, Technical Digest, pp. 26-27）に記載のものがある。
【００４７】
第１対物レンズ３ａに入射した波長４０５ｎｍの光は、保護層の厚さ０．１ｍｍの次世代規格の光ディスク５ａ上に集光され、最適な光スポットが形成される。
【００４８】
第２対物レンズ３ｂは、波長６５０ｎｍの光に対する開口数が０．６、波長７８０ｎｍの光に対する開口数が０．４５であり、第１面に回折格子が形成された回折・屈折複合レンズで構成される。このような回折・屈折複合レンズで構成される対物レンズの具体例としては、オプティカル・デザイン・アンド・ファブリケーション２０００のプロシーディングズの第９３頁〜第９６頁（Optical Design and Fabrication 2000, Proceedings, pp. 93-96）に記載のものがある。
【００４９】
第２対物レンズ３ｂに入射した波長６５０ｎｍの光は、保護層の厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ規格の光ディスク５ｂ上に集光され、好適な光スポットが形成される。第２対物レンズ３ｂに入射した波長７８０ｎｍの光は、保護層の厚さ１．２ｍｍのＣＤ規格の光ディスク５ｃ上に集光され、好適な光スポットが形成される。
【００５０】
第１対物レンズ３ａは、次世代規格の光ディスクに対して最適に設計されているため、記録再生のマージンが狭い次世代規格の光ディスクに対しても十分な記録再生性能が得られる。一方、第２対物レンズ３ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスクおよびＣＤ規格の光ディスクのいずれに対しても最適に設計されておらず、両方に対してバランス良く設計されているが、ＤＶＤ規格の光ディスクおよびＣＤ規格の光ディスクは記録再生のマージンが比較的広いため、これらに対しては十分な記録再生性能が得られる。
【００５１】
第１光学系２ａの光検出器１５ａの構成を図５（ａ）に示す。光検出器１５ａは、０次光用として、光ディスク５の半径方向に平行な分割線と光ディスク５の接線方向に平行な分割線とで４分割された受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを持つと共に、＋１次回折光用として光ディスク５の接線方向に平行な分割線で２分割された受光部１８ｅと１８ｆを持ち、−１次回折光用として光ディスク５の接線方向に平行な分割線で２分割された受光部１８ｇと１８ｈを持つ。
【００５２】
光ディスク５からの３つの反射光のうちの０次光は、４つの受光部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ上に光スポット１７ａを形成する。同反射光のうちの＋１次回折光は、２つの受光部１８ｅ、１８ｆ上に光スポット１７ｂを形成する。同反射光のうちの−１次回折光は、２つの受光部１８ｇ、１８ｈ上に光スポット１７ｃを形成する。
【００５３】
光検出器１５ａの８つの受光部１８ａ〜１８ｈから得られる電気信号出力を、それぞれＶ１８ａ〜Ｖ１８ｈで表わすと、フォーカス誤差信号は、公知の「非点収差法」により、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｄ）−（Ｖ１８ｂ＋Ｖ１８ｃ）の演算から得られる。トラック誤差信号は、公知の「差動プッシュプル法」により、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｂ）−（Ｖ１８ｃ＋Ｖ１８ｄ）−Ｋ［（Ｖ１８ｅ＋Ｖ１８ｇ）−（Ｖ１８ｆ＋Ｖ１８ｈ）］（Ｋは定数）の演算から得られる。光ディスク５からのＲＦ信号（データ信号）は、（Ｖ１８ａ＋Ｖ１８ｂ＋Ｖ１８ｃ＋Ｖ１８ｄ）の演算から得られる。
【００５４】
第２光学系２ｂの光検出器１５ｂの構成も、図５（ａ）に示すものと同じである。
【００５５】
光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際に、対物レンズ３ａまたは３ｂの中心の軌跡を含む直線が光ディスク５の中心Ｏを通らない場合、対物レンズ３ａまたは３ｂの中心が位置する光ディスク５の半径に応じて、光ディスク５のトラックと、光検出器１５ａ、１５ｂの分割線（光ディスク５の接線方向に平行な分割線）との間の角度が変化する。この角度が０°からずれると、「非点収差法」によるフォーカス誤差信号にオフセットが発生すると共に、「プッシュプル法」によるトラック誤差信号の変調度が低下する。
【００５６】
図６に、青色光を用いる次世代規格と、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格の光ディスク５について、光ディスク５のトラックと光検出器１５ａ、１５ｂの分割線（光ディスク５の接線方向に平行な分割線）との間の角度ずれに伴う「非点収差法」によるフォーカス誤差信号のオフセットを、和信号で規格化して計算した結果を示す。また、図７に、これら３規格の光ディスク５について、この角度ずれに伴う「プッシュプル法」によるトラック誤差信号の変調度を、和信号で規格化して計算した結果を示す。
【００５７】
トラック誤差信号の変調度は、図７より分かるように、角度ずれ２０°程度までは低下しないのに対し、フォーカス誤差信号のオフセットは、図６より分かるように、角度ずれの増加に比例して増加する。次世代規格（青色）とＤＶＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットは、ＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの約４分の３である。しかし、フォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、一般に、光源の波長に比例し、対物レンズの開口数の２乗に反比例するため、次世代規格とＤＶＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの許容値は、例えば、ＣＤ規格におけるフォーカス誤差信号のオフセットの許容値のそれぞれ約１５％、約４７％である。従って、上記の角度ずれに伴って発生するフォーカス誤差信号のオフセットのその許容値に対する割合は、次世代規格が最も大きくなる。よって、次世代規格において上記の角度ずれ量を最も小さく抑える必要があることが分かる。
【００５８】
そこで、本実施形態においては、図１に示すように、光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際に、第１対物レンズ３ａの中心の軌跡を含む直線と光ディスク５の中心Ｏとの距離Ｌａが、第２対物レンズ３ｂの中心の軌跡を含む直線と光ディスク５の中心Ｏとの距離Ｌｂに比べて、短くされている。すなわち、Ｌａ＜Ｌｂに設定されている。その結果、次世代規格における光ディスク５のトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量は、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格における光ディスク５のトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量に比べて小さくなる。
【００５９】
この点を図８を用いて説明すると、次の通りである。図８は、対物レンズの中心と光ディスク５の中心Ｏの位置関係を示す。
【００６０】
図８に示すように、光ヘッド装置１が光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際の対物レンズの中心の軌跡を含む直線Ｌと、光ディスク５の中心との距離をＤとし、光ディスク５の最内周および最外周の半径をそれぞれＲmin、Ｒmaxとし、光ディスク５の最内周および最外周におけるトラックと光検出器１５ａの分割線（図５を参照）の間の角度ずれ量をそれぞれθmin、θmaxとすると、
ｓｉｎθmin＝Ｄ／Ｒmin、 ｓｉｎθmax＝Ｄ／Ｒmax
が成り立つ。このとき、光検出器１５ａの分割線を対物レンズの中心の軌跡（すなわち直線Ｌ）と直交する方向に対して予め
（θmin＋θmax）／２
だけ傾けておくことにより、光ディスク５の最内周と最外周におけるトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれ量を、いずれも
（θmax−θmin）／２
に低減することができる。これは、図５（ａ）に示す光検出器１５ａの構成を、図５（ｂ）に示す構成で置き換えることにより実現できる。
【００６１】
図５（ｂ）における光スポット１７ｄ、１７ｅ、１７ｆは、図５（ａ）における光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃにそれぞれ対応し、図５（ｂ）における受光部１８ｉ〜１８ｐは、図５（ａ）における受光部１８ａ〜１８ｈにそれぞれ対応する。図５（ｂ）に示す構成は、図５（ａ）に示す構成において、光ディスク５の半径方向と接線方向に平行な２本の分割線を、対物レンズの中心の軌跡（すなわち直線Ｌ）と直交する方向に対して
（θmin＋θmax）／２
だけ傾斜させた点を除き、同じである。
【００６２】
光検出器１５ｂについても同様に、図５（ｂ）に示す構成に置き換えればよい。
【００６３】
本実施形態の光ヘッド装置１では、光ディスク５の最内周と最外周の間で移動する際の対物レンズ３ａ、３ｂの中心の軌跡を含む直線Ｌが、光ディスク５の中心を通らないので、対物レンズ３ａ、３ｂの中心が位置する光ディスク５の半径に応じて、光ディスク５のトラックと光ディスク５上の集光スポットの列の間の角度が変化する。このため、第１光学系２ａの回折光学素子８ａとして、単純格子のパターンが形成された回折光学素子を用いると、メインビームである０次光によるプッシュプル信号とサブビームである±１次回折光によるプッシュプル信号の間の位相が変化し、その結果、「差動プッシュプル法」によるトラック誤差信号の振幅が変化する難点がある。これは、光ディスク５のトラックと光ディスク５上の集光スポットの列の間の角度に応じて、プッシュプル信号の間の位相を補償するようにすれば、回避可能である。しかし、より簡易な方法でこれを避けるには、回折光学素子８ａとして、図９に示す格子パターンが形成された回折光学素子を用いるのが好ましい。
【００６４】
図９の回折格子パターンは、入射光の光軸を通り光ディスク５の半径方向に平行な直線および光ディスク５の接線方向に平行な直線で、４つの領域１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに分割されている。領域１９ａと１９ｄにおける格子の位相と、領域１９ｂと１９ｃにおける格子の位相は、互いにπ／２だけずれている。すなわち、領域１９ａにおける格子の位相は、領域１９ｂにおける格子の位相に対してπ／２だけずれており、領域１９ｃにおける格子の位相に対してもπ／２だけずれている。領域１９ｄにおける格子の位相は、領域１９ｂにおける格子の位相に対してπ／２だけずれており、領域１９ｃにおける格子の位相に対してもπ／２だけずれている。
【００６５】
図９に示すような回折格子パターンを用いると、サブビームである回折光学素子８ａからの±１次回折光によるプッシュプル信号の振幅が常に０となるため、「差動プッシュプル法」によるトラック誤差信号の振幅が変化しなくなる。その理由は、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第３８巻、第１７６１頁〜第１７６７頁（Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, pp. 1761-1767）に記載されている通りである。
【００６６】
同様に、第２光学系２ｂの回折光学素子８ｂ、８ｃとしても、図９に示す格子パターンが形成された回折光学素子を用いることができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１では、第１対物レンズ３ａおよび第１光学系２ａと、第２対物レンズ３ｂおよび第２光学系２ｂを設けている。そして、光ディスク５の保護層が次世代規格に対応する第１厚さ（０．１ｍｍ）を持つ場合は、第１光学系２ａの半導体レーザ（第１光源）７ａと第１対物レンズ３ａを使用し、光ディスク５の保護層がＤＶＤ規格に対応する第２厚さ（０．６ｍｍ）を持つ場合は、第２光学系２ｂの半導体レーザ（第２光源）７ｂと第２対物レンズ３ｂを使用し、光ディスク５の保護層がＣＤ規格に対応する第３厚さ（１．２ｍｍ）を持つ場合は、第２光学系２ｂの半導体レーザ（第３光源）７ｃと第２対物レンズ３ｂを使用するように構成している。さらに、半導体レーザ７ａの出射光の波長を次世代規格に対応した４０５ｎｍとし、半導体レーザ７ｂの出射光の波長をＤＶＤ規格に対応した６５０ｎｍとし、半導体レーザ７ｃの出射光の波長をＣＤ規格に対応した７８０ｎｍとしている。このため、これら３種の規格の光ディスクのいずれに対しても、情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００６８】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態の光学式情報記録再生装置の概略構成を示す。
【００６９】
この光学式情報記録再生装置は、上述した第１実施形態の光ヘッド装置１に対して、第１記録再生回路２２ａと第２記録再生回路２２ｂと第３記録再生回路２２ｃ、並びに切換回路２１と制御回路２０を付加して構成されている。
【００７０】
第１記録再生回路２２ａは、次世代規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第１光学系２ａに備えられた半導体レーザ７ａへの入力信号を生成する。そして、第１光学系２ａに備えられた光検出器１５ａからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７１】
第２記録再生回路２２ｂは、ＤＶＤ規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第２光学系２ｂに備えられた半導体レーザ７ｂへの入力信号を生成する。そして、第２光学系２ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７２】
第３記録再生回路２２ｃは、ＣＤ規格の光ディスク５への記録信号に基づいて、第２光学系２ｂに備えられた半導体レーザ７ｃへの入力信号を生成する。そして、第２光学系２ｂに備えられた光検出器１５ｂからの出力信号に基づいて、光ディスク５からの再生信号を生成する。
【００７３】
切換回路２１は、第１記録再生回路２２ａから第１光学系２ａの半導体レーザ７ａへの入力信号の伝達経路と、第２記録再生回路２２ｂから第２光学系２ｂの半導体レーザ７ｂへの入力信号の伝達経路と、第３記録再生回路２２ｃから第２光学系２ｂの半導体レーザ７ｃへの入力信号の伝達経路とを必要に応じて切り換える。また、第１光学系２ａの光検出器１５ａから第１記録再生回路２２ａへの出力信号の伝達経路と、第２光学系２ｂの光検出器１５ｂから第２記録再生回路２２ｂへの出力信号の伝達経路と、第２光学系２ｂの光検出器１５ｂから第３記録再生回路２２ｃへの出力信号の伝達経路とを切り換える。
【００７４】
制御回路２０は、切換回路２１の動作を以下のように制御する。すなわち、この光学式情報記録再生装置に次世代規格の光ディスク５が挿入された場合は、それを検知して、入力信号が第１記録再生回路２２ａから半導体レーザ７ａへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ａから第１記録再生回路２２ａへ伝達される。ＤＶＤ規格の光ディスク５が挿入された場合は、入力信号が第２記録再生回路２２ｂから半導体レーザ７ｂへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ｂから第２記録再生回路２２ｂへ伝達される。ＣＤ規格の光ディスク５が挿入された場合は、入力信号が第３記録再生回路２２ｃから半導体レーザ７ｃへ伝達されると共に、出力信号が光検出器１５ｂから第３記録再生回路２２ｃへ伝達される。
【００７５】
以上説明したように、本発明の第２実施形態の光学式情報記録再生装置は、上述した本発明の第１実施形態の光ヘッド装置１を備えていて、挿入された光ディスク５の種類に応じて光学系と記録再生回路を切り換えて使用するようになっているので、次世代規格、ＤＶＤ規格およびＣＤ規格のいずれに対応する光ディスク５に対しても情報の記録あるいは再生が可能となる。
【００７６】
（変形例）
上記の実施形態は、本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、次世代規格とＤＶＤ規格とＣＤ規格の３つに対して対応できるようにしているが、これら以外の規格にも対応することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置によれば、従来のＤＶＤ規格の光記録媒体やＣＤ規格の光記録媒体だけでなく、青色光を用いる次世代規格の光記録媒体に対しても情報の記録や再生を行うことができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ヘッド装置の一実施形態の概略構成を示す平面説明図である。
【図２】図１の光ヘッド装置に用いる第１光学系（波長４０５ｎｍ）の構成を示す説明図である。
【図３】図１の光ヘッド装置に用いる第２光学系（波長６５０ｎｍ及び７８０ｎｍ）の構成を示す説明図である。
【図４】（ａ）は図１の光ヘッド装置の第１光学系に用いる対物レンズの構成を示す説明図、（ｂ）は同光ヘッド装置の第２光学系に用いる対物レンズの構成を示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は図１の光ヘッド装置に用いる光検出器の構成と光スポットを示す説明図である。
【図６】図１の光ヘッド装置における、光ディスクのトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれと、それに伴うフォーカス誤差信号（非点収差信号）のオフセット（計算値）との関係を示すグラフである。
【図７】図１の光ヘッド装置における、光ディスクのトラックと光検出器の分割線の間の角度ずれと、それに伴うトラック誤差信号（プッシュプル信号）の変調度（計算値）との関係を示すグラフである。
【図８】図１の光ヘッド装置における、対物レンズの中心と光ディスクの中心の位置関係を示す説明図である。
【図９】図１の光ヘッド装置に用いる回折光学素子の構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の光学式情報記録再生装置の一実施形態の概略構成を示す平面説明図である。
【図１１】従来の光ヘッド装置の概略構成を示す平面説明図である。
【符号の説明】
１ 光ヘッド装置
２ａ 第１光学系
２ｂ 第２光学系
３ａ 第１対物レンズ
３ｂ 第２対物レンズ
４ａ 第１アクチュエータ
４ｂ 第２アクチュエータ
５ 光ディスク
５ａ 光ディスク（次世代規格）
５ｂ 光ディスク（ＤＶＤ規格）
５ｃ 光ディスク（ＣＤ規格）
６ａ、６ｂ レール
７ａ、７ｂ、７ｃ 半導体レーザ
８ａ、８ｂ、８ｃ 回折光学素子
９ａ、９ｂ、９ｃ コリメータレンズ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 偏光ビームスプリッタ
１１ａ、１１ｂ １／４波長板
１２ａ、１２ｂ リレーレンズ
１３ａ、１３ｂ 円筒レンズ
１４ａ、１４ｂ レンズ
１５ａ、１５ｂ 光検出器
１６ａ 第１対物レンズを構成する第１レンズ
１６ｂ 第１対物レンズを構成する第２レンズ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ 光スポット
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌ、１８ｍ、１８ｎ、１８ｏ、１８ｐ 受光部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 回折光学素子の領域
２０ 制御回路
２１ 切換回路
２２ａ 第１記録再生回路
２２ｂ 第２記録再生回路
２２ｃ 第３記録再生回路
３１ａ 第１光経路
３１ｂ 第２光経路
Claims (9)
- 第１波長の光を出射する第１光源と、
前記第１波長に比べて長い第２波長の光を出射する第２光源と、
前記第２波長に比べて長い第３波長の光を出射する第３光源と、
前記第１光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第１対物レンズと、
前記第２光源からの出射光または前記第３光源からの出射光を光記録媒体に照射するための第２対物レンズと、
前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、
前記光記録媒体の保護層が第１厚さを持つ場合は、前記第１光源と前記第１対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第２厚さを持つ場合は、前記第２光源と前記第２対物レンズを使用し、
前記光記録媒体の保護層が第３厚さを持つ場合は、前記第３光源と前記第２対物レンズを使用するように構成し、
前記光検出器は、前記光記録媒体の半径方向に平行な分割線および接線方向に平行な分割線で分割された複数の受光部を有していると共に、非点収差法によるフォーカス誤差信号の生成に用いられており、
前記第１波長、前記第２波長、前記第３波長をそれぞれλ１、λ２、λ３とし、前記第１波長の光に対する前記第１対物レンズの開口数、前記第２波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数、前記第３波長の光に対する前記第２対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とするとき、λ１／ＮＡ１ 2 ＜λ２／ＮＡ２ 2 ＜λ３／ＮＡ３ 2 であり、
当該光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線および前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線が、前記光記録媒体の中心を通らないと共に、前記第１対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離が、前記第２対物レンズの中心の軌跡を含む直線と前記光記録媒体の中心との距離に比べて短く設定されていることを特徴とする光ヘッド装置。 - 前記光記録媒体の保護層の前記第１厚さが前記第２厚さに比べて小さく、前記第２厚さが前記第３厚さに比べて小さい請求項１に記載の光ヘッド装置。
- 前記第１対物レンズが、前記第１波長の光が前記第１厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計され、前記第２対物レンズが、前記第２波長の光が前記第２厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有すると共に、前記第３波長の光が前記第３厚さの保護層を有する前記光記録媒体を透過する際に生じる球面収差を打ち消す球面収差を有するように設計されている請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
- 前記光ヘッド装置が前記光記録媒体の最内周と最外周の間で移動する際に、前記光記録媒体の最内周と最外周におけるトラックと前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線との間の角度ずれ量を、それぞれθｍｉｎ、θｍａｘとするとき、前記光検出器の前記光記録媒体の接線方向に平行な分割線が前記対物レンズの中心の軌跡と直交する方向に対して予め（θｍｉｎ＋θｍａｘ）／２だけ傾けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
- 前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源からの出射光の少なくとも一つを、０次光と＋１次回折光と−１次回折光に分割する回折光学素子をさらに備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
- 前記回折光学素子に形成された格子のパターンが、その入射光の光軸を通り前記光記録媒体の半径方向に平行な直線および接線方向に平行な直線で第１領域、第２領域、第３領域および第４領域に分割されており、前記第１領域および前記第４領域における格子の位相と前記第２領域および前記第３領域における格子の位相とが互いにπ／２だけずらされている請求項５に記載の光ヘッド装置。
- 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ヘッド装置を備えたことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
- 前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源の少なくとも一つへの入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する記録再生回路と、前記入力信号を前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源に供給するための伝達経路を切り換える切換回路と、前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備えている請求項７に記載の光学式情報記録再生装置。
- 前記第１光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第１記録再生回路と、
前記第２光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第２記録再生回路と、
前記第３光源への入力信号を生成すると共に、前記光記録媒体からの前記反射光に基づいて再生信号を生成する第３記録再生回路と、
前記第１記録再生回路、前記第２記録再生回路および前記第３記録再生回路を切り換える切換回路と、
前記光記録媒体の保護層が前記第１厚さ、前記第２厚さ及び前記第３厚さのいずれを持つかに応じて前記切換回路の動作を制御する制御回路とをさらに備えている請求項７に記載の光学式情報記録再生装置。
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